EP1267228A2 - Method and circuit for controlling extreme values - Google Patents

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EP1267228A2
EP1267228A2 EP02012151A EP02012151A EP1267228A2 EP 1267228 A2 EP1267228 A2 EP 1267228A2 EP 02012151 A EP02012151 A EP 02012151A EP 02012151 A EP02012151 A EP 02012151A EP 1267228 A2 EP1267228 A2 EP 1267228A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
test signal
correlation
output
integrator
manipulated
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP02012151A
Other languages
German (de)
French (fr)
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EP1267228A3 (en
Inventor
Frank Herbrand
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Forschungszentrum Dresden Rossendorf eV
Original Assignee
Forschungszentrum Dresden Rossendorf eV
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Filing date
Publication date
Application filed by Forschungszentrum Dresden Rossendorf eV filed Critical Forschungszentrum Dresden Rossendorf eV
Publication of EP1267228A2 publication Critical patent/EP1267228A2/en
Publication of EP1267228A3 publication Critical patent/EP1267228A3/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B13/00—Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion
    • G05B13/02—Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion electric
    • G05B13/0205—Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion electric not using a model or a simulator of the controlled system
    • G05B13/024—Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion electric not using a model or a simulator of the controlled system in which a parameter or coefficient is automatically adjusted to optimise the performance
    • G05B13/025—Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion electric not using a model or a simulator of the controlled system in which a parameter or coefficient is automatically adjusted to optimise the performance using a perturbation signal

Definitions

  • the invention relates to a method and a circuit arrangement for regulating extreme values, with which both the finding of an extreme value and the holding of this extreme value and thus the optimization of manipulated values in technical systems is made possible.
  • a special application is in accelerator systems.
  • the extreme value control in this application is equivalent to the term optimization, but the focus here is not only on finding the extreme value, but also on maintaining this value under the influence of drift phenomena or disturbances.
  • the invention has for its object a method and a circuit arrangement to propose with which the extreme value of a size, often referred to as quality size, can be found and held even with very small actuating movements where the search loss can be kept constant by the search movements.
  • a test signal preferably a binary pseudo random signal
  • the test signals of the individual manipulated variables must not be correlated with one another.
  • the amplitude of this test signal is regulated so that the resulting fluctuations in the quality signal adhere to a certain amplitude.
  • the test signal regulated in this way is added to the current operating point of the manipulated variable and represents a manipulated variable of the system, the extreme value of which is to be sought and held.
  • the differences between the individual sampling steps are formed from the resulting quality signal.
  • the differences in the manipulated variable between these sampling steps are also formed. These differences are linked with a correlation operator, preferably with a polarity correlator.
  • the result of this correlation operation is zero if there is no correlation and one if there is a correlation.
  • the result of this correlation is integrated.
  • the output signal of the integrator represents the new operating point of the manipulated variable under consideration. With this method, the manipulated value automatically runs to the point at which the quality signal assumes a maximum.
  • the integration time constant is adapted between two specified limit values. The output signal of the correlation operator is used for this. If the amount of this output value is zero on average, the larger limit of the integration time constant in the integrator is used. If the value of the initial value of the correlation operator is on average one, the smaller limit value of the integration time constant is used.
  • the integration time constant is interpolated in between. This leads to shorter search times if the manipulated variable continuously moves in the direction of the maximum of the quality size.
  • This procedure can be used for a system with several manipulated variables.
  • the procedural steps are carried out simultaneously for all manipulated variables, only the procedural steps of the test signal amplitude control are carried out individually and in succession for each manipulated variable. In deviation from this, it is also possible to carry out all process steps of the individual manipulated variables one after the other.
  • Block 4 is the system to be optimized with the extreme value controller with its input variables y (also referred to as manipulated variables).
  • a test signal generator 1.1 is connected to a test signal amplitude controller 2.1, the output of which is led via a summation element 3.1 to an input of the system 4 to be optimized.
  • the output of the correlation operator 6.1 is connected via a difference generator 5a to several correlation operators 6 arranged in parallel, one for each manipulated variable.
  • the output of the summation element 3.1 is connected to a further difference image 5b.1.
  • the output of this difference generator is connected to the correlation operator 6.1 assigned to the manipulated variable.
  • the output of the correlation operator is led to the summation element 3.1 via the integrator 7.1.
  • the output of the correlation operator 6.1 is also passed via an adaptation element 8.1 to the second input of the integrator 7.1 and controls the integration time constant of the integrator 7.1.
  • the system 4 to be optimized can have a plurality of inputs.
  • the picture shows the special case with two manipulated variables. These further channels are constructed in the same way with blocks 1, 2, 3, 5b, 6, 7 and 8 lying in parallel.
  • the test signal generator is a binary random or pseudo random generator with the output variables -1 and + 1.
  • the amplifier 2 amplifies the input signal by the value m.
  • the variable m is controlled by the amplifier in such a way that the associated effect of the manipulated value on the quality value of block 4 reaches a certain predetermined amplitude (test signal amplitude control).
  • the test signal amplitude control represents an independent control circuit.
  • the extreme value control and the test signal amplitude control are carried out alternately for a certain period of time or number of steps on the system 4 to be optimized, the extreme value control being able to be carried out simultaneously for all manipulated variables y. Instead, the test signal amplitude control is always carried out successively for all manipulated variables.
  • the manipulated variable operating point y 1 0 is added to the associated test signal n 1 of the amplitude m 1 and the result is the manipulated variable y 1 , one of the manipulated variables of the system 4 to be optimized.
  • the difference between the input variable of the current extreme value control step and the preceding extreme value control step is formed and output in blocks 5a and 5b.
  • the correlation between the change in the quality signal x and the change in the respective manipulated variable y is established therein.
  • a polarity correlator is used.
  • the output signal of this polarity correlator can have the values +1 (same sign), 0 (one or both input variables equal to zero) and -1 (different sign).
  • Block 7.1 is an integrator with the time constant T 1 .
  • the manipulated variable operating point y 1 0 is acted upon by the binary test signal of the amplitude m 1 , which is regulated in the test signal amplitude controller 2.1. So-called search steps are carried out with the manipulated variable y 1 . The directions of these search steps are correlated with the differences in the quality value occurring in the polarity correlator 6.1. If the manipulated variable operating point is on an increasing branch of the quality signal, the polarity of the correlation result d 1 is equal to the direction of the increase in the quality characteristic.
  • the signal 1 is always equal to +1 and at an operating point on the right side D from the signal extreme value 1 is always equal to -1. If the signal d 1 is now integrated in the integrator 7.1 and the integration result is used as the manipulated variable operating point y 1 0 , this method leads to the manipulated variable operating point y 1 0 running in the extreme value of the quality characteristic. If the manipulated variable lies exactly in the extreme value, then the signal d 1 is zero or changes to +1 and -1 frequently due to interference signals if the manipulated variable is very close to the extreme value.
  • the amplitude of the test signal is controlled by the test signal amplitude control in block 2.1 in such a way that, in the described process, the search loss of the variable x with respect to this manipulated variable y 1 maintains a certain predeterminable value.
  • No further details are given about the type of this control loop.
  • the usual known means of control technology can be used for this. Since the amount of the quantity d 1 is exactly 0 or 1, the time constant T 1 of the integrator 7.1 represents the step size of the work steps when it is implemented as a time-discrete system. In a time-continuous system, this time constant is inversely proportional to the optimization speed.
  • This integration time constant T 1 is adapted in block 8.1 in order on the one hand to obtain a higher search speed outside the optimum and on the other hand to obtain the greatest possible stability against disturbances in the optimum.
  • the two extreme cases are assumed that on the one hand d 1 is always -1 or +1 and on the other hand d 1 is equally often -1 or +1 or exactly zero.
  • These two states are separated by a moving average or a low-pass filter and rectified by an amount. If the state just described persists over a certain period of time (only +1 or -1 or alternating sign and the value zero), the rectified and filtered value reaches the value 1 (one of the two signs predominates strongly) or the value 0 ( alternating sign or zero).
  • the time constant T 1 is set to a minimum value (high optimization speed). In the other case, that the rectified value is zero, this time constant is set to a maximum value (low optimization speed).
  • the time constant is interpolated between these two extreme cases. For example, linear interpolation can be used. The process described so far effects extreme value control of a single manipulated variable. If, as shown in Figure 1, this procedure is used individually for each manipulated variable, but at the same time, the extreme value control is carried out in several dimensions. Only the quality value x is the same for all one-dimensional optimizations. All other values are determined individually for each manipulated variable.
  • pseudo-random binary signal generators are used for the test signal generators 1. Compared to fixed, but uncorrelated frequencies for the test signal generators, this does not favor certain control variables, namely those with the higher test signal frequency, during the optimization.
  • the search and optimization speed is therefore the same over a longer period for all manipulated variables. If you consider a single manipulated variable in this multi-dimensional search, the simultaneous extreme value control of all other manipulated variables acts as a source of interference. However, the effect of the test signal of this size is filtered out of the interference by the correlation operation.
  • the more manipulated variables to be optimized at the same time the greater the amplitude of this interference signal.
  • the optimization speed therefore decreases with the number of manipulated variables to be optimized.
  • the test signal amplitude is regulated to the width of the optimal area.
  • the search losses that occur thus remain constant. Since not only the test signal but the sum of the test signal and the manipulated variable operating point is used for the correlation, the working movement of the manipulated variable operating point no longer represents a disturbance variable due to the integration process, but is included in the correlation.
  • the size of the working step size and thus the search speed is no longer directly dependent on the test signal amplitude and the 1st derivative of the quality characteristic at the working point.

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Abstract

According to the method: a random or pseudo-random binary test signal is used, movement of an adjustment signal is correlated with changes to the extreme value by use of polarization correlation; the test signal amplitudes are adjusted to preset values; and the integration time constant for integration of the results of the polarization correlation can be adapted. An Independent claim is made for a circuit arrangement for controlling extreme values of a control system that has test signal generator, summing, subtraction and correlation circuit elements as well as integration and adaptation elements.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Schaltungsanordnung zur Regelung von Extremwerten, mit dem sowohl das Auffinden eines Extremwertes als auch das Halten dieses Extremwertes und damit die Optimierung von Stellwerten an technischen Anlagen ermöglicht wird.
Eine spezielle Anwendung ist in Beschleunigeranlagen gegeben. Die Extremwertregelung ist bei dieser Anwendung inhaltlich gleichzusetzen mit dem Begriff der Optimierung, der Schwerpunkt liegt hierbei allerdings nicht nur im Auffinden des Extremwertes, sondern auch im Halten dieses Wertes unter dem Einfluß von Drifterscheinungen oder Störungen.The invention relates to a method and a circuit arrangement for regulating extreme values, with which both the finding of an extreme value and the holding of this extreme value and thus the optimization of manipulated values in technical systems is made possible.
A special application is in accelerator systems. In terms of content, the extreme value control in this application is equivalent to the term optimization, but the focus here is not only on finding the extreme value, but also on maintaining this value under the influence of drift phenomena or disturbances.

Es ist bereits ein Extremwertregelungsverfahren bekannt, das mit periodischen Testsignalen arbeitet (Schulze, K.-P. und Rehberg, K.-J.: Entwurf von adaptiven Systemen, Eine Darstellung für Ingenieure, Verlag Technik, Berlin 1988, Seite 149).
Dieses Extremwertregelungsverfahren hat jedoch bei seiner Anwendung an technischen Anlagen den Nachteil, dass der Suchverlust abhängig von der Steilheit der Gütefunktion in der Umgebung des Optimums ist. Er läßt sich deshalb nicht konstant halten.
Weiterhin stellt das Stellsignal mit seinen Arbeitsbewegung eine Störgröße bei der Korrelationsoperation dar. Außerdem wirkt sich ungünstig aus, dass die Optimierungsgeschwindigkeit abhängig von der Einstellung der Testsignalamplitude und insbesondere von der Steilheit um das Optimalgebiet ist.An extreme value control method is already known which works with periodic test signals (Schulze, K.-P. and Rehberg, K.-J .: Design of adaptive systems, a representation for engineers, Verlag Technik, Berlin 1988, page 149).
However, this extreme value control method has the disadvantage when used in technical systems that the search loss is dependent on the steepness of the quality function in the vicinity of the optimum. It cannot therefore be kept constant.
Furthermore, the control signal with its working movement represents a disturbance variable in the correlation operation. In addition, it has an unfavorable effect that the optimization speed is dependent on the setting of the test signal amplitude and in particular on the steepness around the optimal area.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Schaltungsanordnung vorzuschlagen, mit denen der Extremwert einer Größe, oft als Gütegröße bezeichnet, auch bei sehr kleinen Stellbewegungen zu finden und zu halten ist und bei denen der Suchverlust durch die Suchbewegungen konstant gehalten werden kann.The invention has for its object a method and a circuit arrangement to propose with which the extreme value of a size, often referred to as quality size, can be found and held even with very small actuating movements where the search loss can be kept constant by the search movements.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe mit den in den Patentansprüchen dargelegten Merkmalen gelöst.According to the invention, the object is as set out in the claims Features resolved.

Die Erfindungen werden nachstehend an je einem Ausführungsbeispiel für das Verfahren und die Schaltungsanordnung näher erläutert.
Die zugehörige Zeichnung zeigt das Blockschaltbild der Schaltungsanordnung für die Verarbeitung zweier Stellgrößen.The inventions are explained in more detail below using an exemplary embodiment for the method and the circuit arrangement.
The accompanying drawing shows the block diagram of the circuit arrangement for processing two manipulated variables.

1. Das Verfahren1. The procedure

Das Wesentliche des Verfahrens, das Auffinden und das Halten eines Extremwertes, vorzugsweise eines technischen Systems, wird wie folgt realisiert:
Für jede Stellgröße wird ein Testsignal, vorzugsweise ein binäres Pseudozufallssignal, benötigt. Die Testsignale der einzelnen Stellgrößen dürfen untereinander nicht korreliert sein. Die Amplitude dieses Testsignals wird so geregelt, dass die resultierenden Schwankungen des Gütesignals eine bestimmte Amplitude einhalten. Das so geregelte Testsignal wird mit dem derzeitigen Arbeitspunkt der Stellgröße addiert und stellt eine Stellgröße des Systems dar, dessen Extremwert gesucht und gehalten werden soll.
Vom daraus resultierenden Gütesignal werden die Differenzen zwischen den einzelnen Abtastschritten gebildet. Ebenso werden die Differenzen der Stellgröße zwischen diesen Abtastschritten gebildet. Diese Differenzen werden mit einem Korrelationsoperator, vorzugsweise mit einem Polaritätskorrelator, verknüpft. Das Ergebnis dieser Korrelationsoperation sei Null, wenn keine Korrelation vorliegt, und Eins, wenn eine Korrelation nachgewiesen werden kann. Das Ergebnis dieser Korrelation wird integriert. Das Ausgangssignal des Integrators stellt den neuen Arbeitspunkt der betrachteten Stellgröße dar. Mit diesem Verfahren läuft der Stellwert automatisch in den Punkt, bei dem das Gütesignal ein Maximum annimmt.
Die Integrationszeitkonstante wird zwischen zwei vorgegebenen Grenzwerten adaptiert. Dazu wird das Ausgangssignal des Korrelationsoperators verwendet. Wenn der Betrag dieses Ausgangswertes im Mittel Null ist, wird der größere Grenzwert der Integrationszeitkonstante im Integrator verwendet. Ist der Betrag des Ausgangswertes des Korrelationsoperators im Mittel Eins wird der kleinere Grenzwert der Integrationszeitkonstante verwendet. Dazwischen wird die Integrationszeitkonstante interpoliert. Dies führt zu kürzeren Suchzeiten, wenn sich die Stellgröße kontinuierlich in Richtung des Maximums der Gütegröße bewegt.
Dieses Verfahren kann für ein System mit mehreren Stellgrößen angewendet werden. Die Verfahrensschritte werden dabei gleichzeitig für alle Stellgrößen ausgeführt, lediglich die Verfahrensschritte der Testsignalamplitudenregelung werden für jede Stellgröße einzeln und nacheinander ausgeführt. Abweichend davon ist es auch möglich, alle Verfahrensschritte der einzelnen Stellgrößen nacheinander auszuführen.The essence of the method, finding and maintaining an extreme value, preferably a technical system, is realized as follows:
A test signal, preferably a binary pseudo random signal, is required for each manipulated variable. The test signals of the individual manipulated variables must not be correlated with one another. The amplitude of this test signal is regulated so that the resulting fluctuations in the quality signal adhere to a certain amplitude. The test signal regulated in this way is added to the current operating point of the manipulated variable and represents a manipulated variable of the system, the extreme value of which is to be sought and held.
The differences between the individual sampling steps are formed from the resulting quality signal. The differences in the manipulated variable between these sampling steps are also formed. These differences are linked with a correlation operator, preferably with a polarity correlator. The result of this correlation operation is zero if there is no correlation and one if there is a correlation. The result of this correlation is integrated. The output signal of the integrator represents the new operating point of the manipulated variable under consideration. With this method, the manipulated value automatically runs to the point at which the quality signal assumes a maximum.
The integration time constant is adapted between two specified limit values. The output signal of the correlation operator is used for this. If the amount of this output value is zero on average, the larger limit of the integration time constant in the integrator is used. If the value of the initial value of the correlation operator is on average one, the smaller limit value of the integration time constant is used. The integration time constant is interpolated in between. This leads to shorter search times if the manipulated variable continuously moves in the direction of the maximum of the quality size.
This procedure can be used for a system with several manipulated variables. The procedural steps are carried out simultaneously for all manipulated variables, only the procedural steps of the test signal amplitude control are carried out individually and in succession for each manipulated variable. In deviation from this, it is also possible to carry out all process steps of the individual manipulated variables one after the other.

2. Die Schaltungsanordnung2. The circuit arrangement

Mit der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung kann das vorbeschriebene Verfahren ausgeführt werden. Es ist möglich, die Extremwertregelung an Systemen mit einer oder mit mehreren Stellgrößen zu benutzen. Hier ist eine Schaltungsanordnung mit zwei Stellgrößen dargestellt. Die weitere Beschreibung bezieht sich dabei nur auf die Blöcke für die Stellgröße y1. Die Blöcke und die Signale sind entsprechend mit dem Index 1 versehen. Für alle Stellgrößen gemeinsam ist das Gütesignal x und der Differenzenbildner 5a. Der Ausgang dieses Blockes stellt an allen Korrelationsoperatoren 6 eins der beiden Eingangssignale dar. Der Block 4 ist das mit dem Extremwertregler zu optimierende System mit seinen Eingangsgrößen y (auch als Stellgrößen bezeichnet).
Ein Testsignalgenerator 1.1 ist mit einem Testsignalamplitudenregler 2.1 verbunden, dessen Ausgang über ein Summationsglied 3.1 auf einen Eingang des zu optimierenden Systems 4 geführt ist. Dessen Ausgang ist über einen Differenzbildner 5a mit mehreren parallel angeordneten Korrelationsoperatoren 6, für jede Stellgröße einen, verbunden. Gleichzeitig ist der Ausgang des Summationsglieds 3.1 mit einem weiteren Differenzenbilder 5b.1 verbunden. Der Ausgang dieses Differenzenbildners ist mit dem der Stellgröße zugeordneten Korrelationsoperator 6.1 verbunden. Der Ausgang des Korrelationsoperators ist über den Integrator 7.1 auf das Summationsglied 3.1 geführt. Der Ausgang des Korrelationsoperators 6.1 ist außerdem über ein Adaptionsglied 8.1 auf den zweiten Eingang des Integrators 7.1 geführt und steuert die Integrationszeitkonstante des Integrators 7.1. Das zu optimierende System 4 kann über eine Mehrzahl von Eingängen verfügen. Im Bild ist der Spezialfall mit zwei Stellgrößen dargestellt. Diese weiteren Kanäle werden in der gleicher Weise mit parallel liegenden Blöcken 1, 2, 3, 5b, 6, 7 und 8 aufgebaut.The above-described method can be carried out with the circuit arrangement according to the invention. It is possible to use extreme value control on systems with one or more manipulated variables. A circuit arrangement with two manipulated variables is shown here. The further description only refers to the blocks for the manipulated variable y 1 . The blocks and the signals are given the corresponding index 1. The quality signal x and the difference generator 5a are common to all manipulated variables. The output of this block represents one of the two input signals at all correlation operators 6. Block 4 is the system to be optimized with the extreme value controller with its input variables y (also referred to as manipulated variables).
A test signal generator 1.1 is connected to a test signal amplitude controller 2.1, the output of which is led via a summation element 3.1 to an input of the system 4 to be optimized. Its output is connected via a difference generator 5a to several correlation operators 6 arranged in parallel, one for each manipulated variable. At the same time, the output of the summation element 3.1 is connected to a further difference image 5b.1. The output of this difference generator is connected to the correlation operator 6.1 assigned to the manipulated variable. The output of the correlation operator is led to the summation element 3.1 via the integrator 7.1. The output of the correlation operator 6.1 is also passed via an adaptation element 8.1 to the second input of the integrator 7.1 and controls the integration time constant of the integrator 7.1. The system 4 to be optimized can have a plurality of inputs. The picture shows the special case with two manipulated variables. These further channels are constructed in the same way with blocks 1, 2, 3, 5b, 6, 7 and 8 lying in parallel.

Der Testsignalgenerator ist ein binärer Zufalls- oder Pseudozufallsgenerator mit den Ausgangsgrößen -1 und + 1. Der Verstärker 2 verstärkt das Eingangssignal um den Wert m. Die Größe m wird durch den Verstärker so geregelt, dass die zugehörige Wirkung des Stellwertes auf den Gütewert des Blocks 4 eine bestimmte vorgegebene Amplitude erreicht (Testsignalamplitudenregelung). Die Testsignalamplitudenregelung stellt dabei einen eigenständigen Regelkreis dar. Die Extremwertregelung und die Testsignalamplitudenregelung werden abwechselnd für eine bestimmte Zeitdauer oder Schrittzahl am zu optimierenden System 4 ausgeführt, wobei die Extremwertregelung für alle Stellgrößen y gleichzeitig erfolgen kann. Die Testsignalamplitudenregelung wird statt dessen immer für alle Stellgrößen nacheinander ausgeführt.
Im Summationsglied 3.1 wird der Stellwertarbeitspunkt y1 0 mit dem zugehörigen Testsignal n1 der Amplitude m1 addiert und das Ergebnis ist der Stellwert y1, einer der Stellgrößen des zu optimierenden Systems 4.
In den Blöcken 5a und 5b wird jeweils die Differenz zwischen der Eingangsgröße des laufenden Extremwertregelungsschritt und dem vorangegangenen Extremwertregelungsschritt gebildet und ausgegeben.
Für jede Stellgröße existiert ein Korrelationsoperator 6. In ihm wird die Korrelation zwischen der Änderung des Gütesignals x und der Änderung des jeweiligen Stellwertes y hergestellt. Es wird ein Polaritätskorrelator verwendet. Das Ausgangssignal dieses Polaritätskorrelators kann die Werte +1 (gleiche Vorzeichen), 0 (eine oder beide Eingangsgrößen gleich Null) und -1 (ungleiche Vorzeichen) annehmen.
Block 7.1 ist ein Integrator mit der Zeitkonstante T1.The test signal generator is a binary random or pseudo random generator with the output variables -1 and + 1. The amplifier 2 amplifies the input signal by the value m. The variable m is controlled by the amplifier in such a way that the associated effect of the manipulated value on the quality value of block 4 reaches a certain predetermined amplitude (test signal amplitude control). The test signal amplitude control represents an independent control circuit. The extreme value control and the test signal amplitude control are carried out alternately for a certain period of time or number of steps on the system 4 to be optimized, the extreme value control being able to be carried out simultaneously for all manipulated variables y. Instead, the test signal amplitude control is always carried out successively for all manipulated variables.
In the summation element 3.1, the manipulated variable operating point y 1 0 is added to the associated test signal n 1 of the amplitude m 1 and the result is the manipulated variable y 1 , one of the manipulated variables of the system 4 to be optimized.
The difference between the input variable of the current extreme value control step and the preceding extreme value control step is formed and output in blocks 5a and 5b.
There is a correlation operator 6 for each manipulated variable. The correlation between the change in the quality signal x and the change in the respective manipulated variable y is established therein. A polarity correlator is used. The output signal of this polarity correlator can have the values +1 (same sign), 0 (one or both input variables equal to zero) and -1 (different sign).
Block 7.1 is an integrator with the time constant T 1 .

Die Wirkungsweise der Schaltungsanordnung im speziellen Fall für die Stellgröße y1 ist folgende: The mode of operation of the circuit arrangement in the special case for the manipulated variable y 1 is as follows:

Der Stellwertarbeitspunkt y1 0 wird mit dem binären Testsignal der Amplitude m1 beaufschlagt, die im Testsignalamplitudenregler 2.1 geregelt wird. Damit werden sogenannte Suchschritte mit der Stellgröße y1 ausgeführt. Die Richtungen dieser Suchschritte werden mit den dabei auftretenden Differenzen des Gütewertes im Polaritätskorrelator 6.1 korreliert. Liegt der Stellwertarbeitspunkt auf einem ansteigenden Ast des Gütesignals ist die Polarität des Korrelationsergebnisses d1 gleich der Richtung des Anstiegs der Gütekennlinie. Wird davon ausgegangen, dass die Gütekennlinie linksseitig vom Extremwert echt monoton wachsend und rechtsseitig vom Extremwert echt monoton fallend ist, dann ist bei einem Arbeitspunkt linksseitig vom Extremwert das Signals d1 immer gleich +1 und bei einem Arbeitspunkt rechtsseitig vom Extremwert das Signal d1 immer gleich -1. Wird nun das Signal d1 im Integrator 7.1 integriert und das Integrationsergebnis als Stellwertarbeitspunkt y1 0 verwendet, führt dieses Verfahren dazu, dass der Stellwertarbeitspunkt y1 0 in den Extremwert der Gütekennlinie läuft. Liegt der Stellwert genau im Extremwert, dann ist das Signal d1 gleich Null bzw. wechselt durch Störsignale gleichhäufig nach +1 und -1, wenn der Stellwert sehr dicht am Extremwert liegt.
Durch die Testsignalamplitudenregelung in Block 2.1 wird die Amplitude des Testsignals so geregelt, dass bei dem beschriebenen Vorgang der Suchverlust der Größe x bezüglich dieser Stellgröße y1 einen bestimmten vorgebbaren Wert einhält. Über den Typ dieses Regelkreises werden keine weiteren Angaben gemacht. Verwendbar sind hierfür die üblichen bekannten Mittel der Regelungstechnik.
Da der Betrag der Größe d1 genau 0 oder 1 ist, stellt die Zeitkonstante T1 des Integrators 7.1 bei der Ausführung als zeit-diskretes System die Schrittweite der Arbeitsschritte dar. In einem zeit-kontinuierlichen System ist diese Zeitkonstante umgekehrt proportional der Optimierungsgeschwindigkeit. Diese Integrationszeitkonstante T1 wird im Block 8.1 adaptiert, um einerseits eine höhere Suchgeschwindigkeit außerhalb des Optimums zu erhalten und zum anderen, um im Optimum eine möglichst große Stabilität gegenüber Störungen zu erhalten. Für diesen Zweck wird von den zwei Extremfällen ausgegangen, dass einerseits d1 ständig -1 oder +1 ist und andererseits d1 gleich häufig -1 oder +1 bzw. genau Null ist. Diese beiden Zustände werden durch eine gleitende Mittelwertbildung oder einem Tiefpassfilter getrennt und durch eine Betragsbildung gleichgerichtet. Hält damit über einen bestimmten Zeitraum der eben beschriebene Zustand an (nur +1 oder -1 bzw. wechselndes Vorzeichen und der Wert Null), erreicht der gleichgerichtete und gefilterte Wert den Wert 1 (eins der beiden Vorzeichen überwiegt stark) oder den Wert 0 (wechselndes Vorzeichen oder Null). In dem Fall, dass der gleichgerichtete Wert genau 1 ist, wird die Zeitkonstante T1 auf einen Minimalwert gesetzt (hohe Optimierungsgeschwindigkeit). Im anderen Fall, dass der gleichgerichtete Wert Null ist, wird diese Zeitkonstante auf einen Maximalwert gesetzt (geringe Optimierungsgeschwindigkeit). Zwischen diesen beiden Extremfällen wird die Zeitkonstante interpoliert. Dazu kann z.B. eine lineare Interpolation verwendet werden.
Der bis hierher beschriebene Vorgang bewirkt eine Extremwertregelung einer einzelnen Stellgröße. Wird nun dieses Verfahren, wie in Bild 1 dargestellt, für jede Stellgröße einzeln, aber zeitlich gleichzeitig angewendet, wird die Extremwertregelung mehrdimensional ausgeführt. Nur der Gütewert x ist für alle eindimensionalen Optimierungen gleich. Alle anderen Werte werden für jede Stellgröße einzeln bestimmt. Damit sich hierbei die einzelnen eindimensionalen Optimierungen nicht bzw. nur gering gegenseitig beeinflussen, werden für die Testsignalgeneratoren 1 pseudozufällige binäre Signalgeneratoren angewendet. Gegenüber festen, aber unkorrelierten Frequenzen für die Testsignalgeneratoren werden dadurch nicht bestimmte Stellgrößen, nämlich die mit der höheren Testsignalfrequenz, bei der Optimierung bevorzugt. Die Such- und Optimierungsgeschwindigkeit ist deshalb über einen größeren Zeitraum betrachtet für alle Stellgrößen gleich.
Betrachtet man bei dieser mehrdimensionalen Suche eine einzelne Stellgröße, wirkt die gleichzeitige Extremwertregelung aller anderen Stellgrößen als Störquelle. Durch die Korrelationsoperation wird jedoch die Wirkung des Testsignals dieser Größe aus den Störungen herausgefiltert. Je mehr Stellgrößen gleichzeitig optimiert werden sollen, um so größer ist die Amplitude dieses Störsignals. Je mehr Stellgrößen also gleichzeitig optimiert werden, um so größer müssen die Zeitkonstanten der Integratoren 7 sein, um das Nutzsignal aus dem Signalgemisch herausfiltern zu können. Damit sinkt die Optimierungsgeschwindigkeit mit der Anzahl der zu optimierenden Stellgrößen. The manipulated variable operating point y 1 0 is acted upon by the binary test signal of the amplitude m 1 , which is regulated in the test signal amplitude controller 2.1. So-called search steps are carried out with the manipulated variable y 1 . The directions of these search steps are correlated with the differences in the quality value occurring in the polarity correlator 6.1. If the manipulated variable operating point is on an increasing branch of the quality signal, the polarity of the correlation result d 1 is equal to the direction of the increase in the quality characteristic. If it is assumed that the quality characteristics of real monotonically monotonically left side from the extreme value increasing and right side of the extreme value is genuine falling, then at an operating point on the left side d from the extreme value, the signal 1 is always equal to +1 and at an operating point on the right side D from the signal extreme value 1 is always equal to -1. If the signal d 1 is now integrated in the integrator 7.1 and the integration result is used as the manipulated variable operating point y 1 0 , this method leads to the manipulated variable operating point y 1 0 running in the extreme value of the quality characteristic. If the manipulated variable lies exactly in the extreme value, then the signal d 1 is zero or changes to +1 and -1 frequently due to interference signals if the manipulated variable is very close to the extreme value.
The amplitude of the test signal is controlled by the test signal amplitude control in block 2.1 in such a way that, in the described process, the search loss of the variable x with respect to this manipulated variable y 1 maintains a certain predeterminable value. No further details are given about the type of this control loop. The usual known means of control technology can be used for this.
Since the amount of the quantity d 1 is exactly 0 or 1, the time constant T 1 of the integrator 7.1 represents the step size of the work steps when it is implemented as a time-discrete system. In a time-continuous system, this time constant is inversely proportional to the optimization speed. This integration time constant T 1 is adapted in block 8.1 in order on the one hand to obtain a higher search speed outside the optimum and on the other hand to obtain the greatest possible stability against disturbances in the optimum. For this purpose, the two extreme cases are assumed that on the one hand d 1 is always -1 or +1 and on the other hand d 1 is equally often -1 or +1 or exactly zero. These two states are separated by a moving average or a low-pass filter and rectified by an amount. If the state just described persists over a certain period of time (only +1 or -1 or alternating sign and the value zero), the rectified and filtered value reaches the value 1 (one of the two signs predominates strongly) or the value 0 ( alternating sign or zero). In the event that the rectified value is exactly 1, the time constant T 1 is set to a minimum value (high optimization speed). In the other case, that the rectified value is zero, this time constant is set to a maximum value (low optimization speed). The time constant is interpolated between these two extreme cases. For example, linear interpolation can be used.
The process described so far effects extreme value control of a single manipulated variable. If, as shown in Figure 1, this procedure is used individually for each manipulated variable, but at the same time, the extreme value control is carried out in several dimensions. Only the quality value x is the same for all one-dimensional optimizations. All other values are determined individually for each manipulated variable. So that the individual one-dimensional optimizations do not influence one another, or only influence one another slightly, pseudo-random binary signal generators are used for the test signal generators 1. Compared to fixed, but uncorrelated frequencies for the test signal generators, this does not favor certain control variables, namely those with the higher test signal frequency, during the optimization. The search and optimization speed is therefore the same over a longer period for all manipulated variables.
If you consider a single manipulated variable in this multi-dimensional search, the simultaneous extreme value control of all other manipulated variables acts as a source of interference. However, the effect of the test signal of this size is filtered out of the interference by the correlation operation. The more manipulated variables to be optimized at the same time, the greater the amplitude of this interference signal. The more manipulated variables are optimized at the same time, the greater the time constants of the integrators 7 must be in order to be able to filter the useful signal out of the signal mixture. The optimization speed therefore decreases with the number of manipulated variables to be optimized.

Die Testsignalamplitude wird auf die Breite des Optimalgebietes geregelt. Damit bleiben die auftretenden Suchverluste konstant.
Da zur Korrelation nicht allein das Testsignal, sondern die Summe aus Testsignal und Stellwertarbeitspunkt verwendet wird, stellt die Arbeitsbewegung des Stellwertarbeitspunktes durch den Integrationsvorgang keine Störgröße mehr da, sondern wird in die Korrelation mit einbezogen.
Durch die Nutzung der Differenzenbildung mit den Blöcken 5 und der Polaritätskorrelation in den Blöcken 6 ist die Größe der Arbeitsschrittweite und damit die Suchgeschwindigkeit nicht mehr unmittelbar von der Testsignalamplitude und der 1. Ableitung der Gütekennlinie im Arbeitspunkt abhängig.The test signal amplitude is regulated to the width of the optimal area. The search losses that occur thus remain constant.
Since not only the test signal but the sum of the test signal and the manipulated variable operating point is used for the correlation, the working movement of the manipulated variable operating point no longer represents a disturbance variable due to the integration process, but is included in the correlation.
By using the difference formation with the blocks 5 and the polarity correlation in the blocks 6, the size of the working step size and thus the search speed is no longer directly dependent on the test signal amplitude and the 1st derivative of the quality characteristic at the working point.

Claims (3)

Verfahren zur Regelung von Extremwerten an Systemen mit einer oder mehreren Stellgrößen, bei dem Testsignale und Korrelationsoperationen mit nachgeschalteten Integratoren eingesetzt werden und wobei die Information über eine vorliegende Korrelation zur Extremwertregelung verwendet werden, dadurch gekennzeichnet, dass zufällige oder pseudozufällige binäre Testsignale verwendet werden, dass die Bewegung der Stellsignale mit den Änderungen eines Gütewertes durch Polaritätskorrelationen korreliert werden, dass die Testsignalamplituden auf einen vorgebbaren Wert geregelt werden und dass die Integrationszeitkonstanten für die Integration der Ergebnisse der Polaritätskorrelationen adaptiert werden.Method for the control of extreme values in systems with one or more manipulated variables, in which test signals and correlation operations with downstream integrators are used and the information about a correlation is used for extreme value control, characterized in that random or pseudo-random binary test signals are used that the Movement of the control signals with the changes in a quality value are correlated by polarity correlations, the test signal amplitudes are regulated to a predeterminable value and the integration time constants are adapted for the integration of the results of the polarity correlations. Schaltungsanordnung zur Regelung von Extremwerten an Systemen mit einer Stellgröße unter Verwendung eines Testsignalgenerators, eines Summationsglieds, Differenzenbildnern, eines Korrelationsoperators, eines Integrators und eines Adaptionsglieds am mit der Extremwertregelung zu optimierenden System (4), dadurch gekennzeichnet, dass ein Testsignalgenerator (1.1) mit einem Testsignalamplitudenregler (2.1) verbunden ist, dessen Ausgang über ein Summationsglied (3.1) auf einen Eingang des zu optimierenden Systems (4) geführt ist, dessen Ausgang über einen Differenzbildner (5a) mit einem Korrelationsoperator (6.1) verbunden ist, wobei der Ausgang des Summationsglieds (3.1) mit einem weiteren Differenzenbildner (5b.1) verbunden ist, der Ausgang dieses Differenzenbildners (5b.1) mit dem der Stellgröße zugeordneten Korrelationsoperator (6.1) verbunden ist, der Ausgang des Korrelationsoperators über den Integrator (7.1) mit dem Verknüpfungspunkt (3.1) verbunden ist und der Ausgang des Korrelationsoperators (6.1) über ein Adaptionsglied (8.1) auf den zweiten Eingang des Integrators (7.1) geführt ist.Circuit arrangement for controlling extreme values on systems with a manipulated variable using a test signal generator, a summation element, difference formers, a correlation operator, an integrator and an adaptation element on the system (4) to be optimized with extreme value control, characterized in that a test signal generator (1.1) with a Test signal amplitude controller (2.1) is connected, the output of which is led via a summation element (3.1) to an input of the system (4) to be optimized, the output of which is connected to a correlation operator (6.1) via a difference generator (5a), the output of the summation element (3.1) is connected to a further difference generator (5b.1), the output of this difference generator (5b.1) is connected to the correlation operator (6.1) assigned to the manipulated variable, the output of the correlation operator via the integrator (7.1) to the connection point ( 3.1) is connected and the output of the Correlation operator (6.1) is guided via an adaptation element (8.1) to the second input of the integrator (7.1). Schaltungsanordnung zur Regelung von Extremwerten an Systemen mit mehreren Stellgrößen unter Verwendung der Schaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Bauelemente Testsignalgenerator (1), Testsignalamplitudenregler (2), Summationsglied (3), Differenzenbildner (5a und 5b), Korrelationsoperator (6), Integrator (7) und Adaptionsglied (8) in der Anzahl der zu regelnden Stellgrößen parallel angeordnet sind, intern gemäß Anspruch 2 verschaltet und auf die Eingänge des zu optimieremden Systems (4) geführt sind.Circuit arrangement for controlling extreme values in systems with several manipulated variables using the circuit according to claim 2, characterized in that the components test signal generator (1), test signal amplitude regulator (2), summation element (3), difference generator (5a and 5b), correlation operator (6) , Integrator (7) and adaptation element (8) are arranged in parallel in the number of manipulated variables to be controlled, are internally connected according to claim 2 and are routed to the inputs of the system (4) to be optimized.
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